Nebezpečné geologické procesy

Transkript

1 Nebezpečné geologické procesy Geologické procesy, které označujeme jako nebezpečné, probíhaly na Zemi po celou dobu jejího vývoje. Geologické procesy, které ovlivňují lidský život, mohou být nenápadné ale také výrazné užitečné ale také zhoubné

2 Geologická nebezpečí Geologická nebezpečí zemětřesení vulkanické erupce záplavy sesuvy (patří mezi přírodní nebezpečí spolu s nálety sarančat, ohni, tornády) Technologická nebezpečí radon, azbestová vlákna, rtuť, uhelný prach (člověkem vybudované prostředí) Antropogenní nebezpečí kyselé deště, kontaminace povrchových a podzemních vod, ochuzení ozonové vrstvy (probíhá v přírodním prostředí, způsobeno člověkem) Doba účinku Dopady krátkodobá zemětřesení, tornáda (vteřiny) dlouhodobá sucha (až desetiletí) primární: pochází od samotné události (záplavy, cyklony, zemětřesení) sekundární: pochází z nebezpečných procesů, které jsou spojeny s hlavní událostí, ale nejsou jí přímo způsobeny (hořící les zapálený lávovým proudem, požáry domů způsobené hořícím plynem z plynového vedení rozrušeného zemětřesením) terciární: dlouhodobé efekty (ztráta divoké zvěře nebo změna koryt řek v důsledku záplav, změna topografie a reliéfu v důsledku zemětřesení) Zranitelnost a citlivost vprůběhu posledních 20 let - 3 miliony životů, 800 milionů ztratilo majetek vprůběhu 90. let desetitisíce sesuvů a zemětřesení, fyzické škody 40 miliard USD/rok vichřice, záplavy a zemětřesení 18,8 milionu USD/den Zranitelnost zahrnuje nejen fyzikální působení přírodního nebezpečí, ale také postavení lidí a majetku v oblasti (hustota osídlení, vědecké poznání oblasti, vzdělanost v oblasti a vědomí nebezpečí, existence varovného systému, vybavení a dostupnost rychlé pomoci )

3 Odhad nebezpečí a rizik Často zaměňovány, nejsou však stejné Ptáme se: Jak často očekáváme, že se nebezpečná událost vyskytne? Pokud se vyskytne, jaké bude mít pravděpodobné působení? Posouzení nebezpečí zahrnuje: kdy a kde se v minulosti nebezpečné události vyskytly určení vážnosti fyzikálních důsledků minulých událostí podle jejich síly určení očekávané frekvence událostí, které budou mít vážné fyzikální důsledky určení, jak by vypadala určitá událost, kdyby se vyskytla nyní v podobě účinků, které by způsobila prezentace všech těchto informací v podobě, ve které může být použita při plánování a rozhodování

4 Výstupy: Mapy, tabulky. Odhad nebezpečí a rizik Mapa pravděpodobnosti zemětřesení pro Kanadu. Jasně jsou identifikovány oblasti s nejvyšší pravděpdobností pohybu hornin. Mapa citlivosti území na svahové sesuvy a doporučení pro využití území pro Congress Springs oblast u San Francisca.

5 Odhad rizik (riziková analýza) Riziko je vyjádření ekonomických ztrát, zranění a smrti, ztráta fungování veřejných služeb, které očekáváme při výskytu určité události. Začíná posouzením pravděpodobnosti, že určitá nebezpečná událost dané síly nastane v průběhu určitého časového období. Poté zahrnuje posouzení dalších faktorů: polohu budov, zařízení a záchranných systémů potenciální expozici danou událostí citlivost společnosti na dané působení Riziková analýza tedy bere v úvahu kromě vědeckých faktorů také sociální a ekonomické podmínky. Často se vyjadřuje v podobě pravděpodobnosti. Vykouření 1,4 cigarety, vypití 0,5 litru vína, jeden rtg snímek hrudníku nebo vystavení se účinkům zemětřesení pobytem po 7 měsíců v jižní Kalifornii představuje stejné riziko: přibližně 1:106 (v milionové populaci se zvýší počet úmrtí o 1). Alternativně je možné riziko vyjádřit v podobě škody v penězích.

6 Předvídání a výstraha Předvídání je vyjádření pravděpodobnosti, že událost nastane. Vyžaduje kontinuální monitorování geologických procesů. Soustředí se obvykle na anomálie, které mohou předcházet (prekurzory malé fyzikální změny, které vedou ke katastrofickým událostem). Předpověď obvykle zahrnuje krátkodobé předvídání určité události o určité síle. Výstraha je příprava obyvatel na nebezpečnou událost, aby se s ní dokázali vyrovnat. Dá se charakterizovat jako veřejné vyhlášení výjimečného stavu, kdy by měl být normální běh života po určitou dobu změněn tak, aby bylo možné nebezpečnou událost zvládnout.

7 Role geologů Některé události nelze ovlivnit impaktu meteoritu nelze zabránit a jen velmi těžko jej lze předvídat. Je však celá řada nebezpečí, na která se lze připravit. Mnoho z těchto opatření leží mino vědecký rámec (ekonomická, právní, politická opatření). Lidé, kteří jsou vystaveni riziku mohou zaujmout odmítavý postoj, mohou riziko přijmout nebo mohou podlehnout panice. Pro osoby, které jsou zodpovědné za rozhodování, je velmi důležité znát geologická rizika. Existuje však celá řada překážek v komunikaci a rozdílné priority: badatelé politici pozorování a pochopení socioekonomické důsledky vědecké články se zvláštní terminologií nejsou cvičeni na zvládnutí nebezpečí

8 Zemětřesení Jednotlivé nebezpečné události Mechanismus teorie elastického odskočení (křehkost elasticita)

9 Zemětřesení Kontinuální posun podél San Andreaské poruchy (Carrizo Plains). Protože se posun pomalý a spojitý, zůstávají obě části toku v kontaktu, propojení se udržuje podél poruchy. Pomerančovníková plantáž v jižní Kalifornii. Stromy v pozadí se pohybují podél poruchy San Andreas zleva doprava.

10 Účinky Zemětřesení Richterova škála počet/rok charakter účinků < 3, zaznamená jen seismograf 3,5 4, někteří lidé uvnitř 4,3 4, mnoho lidí, chvěje se sklo 4,9 5, zaznamená každý, nádobí padá 5,5 6,1 500 malé poškození budov, padají cihly a omítka 6,2 6,9 100 poškození budov, padají komíny 7,0 7,3 15 vážné škody, mosty a části budov padají 7,4 7,9 4 většina budov spadne > 8, let totální zničení Předvídání Přehled největších zemětřesení Místo rok Odhad obětí Sicílie, Turecko Chichli, Čína Neapol, Itálie Shaanxi, Čína Shemaka, Rusko Neapol, Itálie Katalánie, Itálie Beijing, Čína Kalkata, Indie Lisabon, Port Kalábrie, Itálie Messina, Itálie Gansu, Čína Tokyo, Jokohama Gansu, Čína Quetta, Pakistán T ang Shan, Čína Irán Prekurzory: malé otřesy, neklid zvířat Malé otřesy, které předcházely zemětřesení u Haichengu v Číně v roce 1975

11 Zemětřesení Současná seismicita Pravděpodobnost dalších zemětřesení v průběhu 10-ti let

12 Vulkanické erupce Neexplosivní Explosivní tephra, pyroklastika erupční sloupy a spad tephry pyroklastické proudy laterální výbuchy Tok nízce viskózní lávy (Hawaii 1983, C). Primární účinky lávové proudy pyroklastika emise jedovatých plynů Sekundární účinky bahnotoky a suťové laviny záplavy (Island) tsunami vulkanické otřesy a zemětřesení změny v atmosféře Pozitivní účinky formování atmosféry (komunikace plášť, kůra a atmosféra) živinami bohatá půda teplo Tok lávy je určen viskozitou. Ve spodní části je pahoehoe vzniklá z lávy nízko viskózní (Kilauea 1959), nahoře je aa vzniklá z vysoce viskózní lávy (1989).

13 St. Helen, květen 1980 Vulkanické erupce Tephra v Oregonu

14 Vulkanické erupce St. Helen, květen 1980 Změna morfologie a ekosystému

15 Vulkanické erupce Prachové částice v atmosféře Před erupcí Mt. Pinatubo, Filipíny červen 1991 Po erupci

16 Vulkanické erupce Vulkanická činnost je vázána na procesy deskové tektoniky Andesitické stratovulkány mapují subdukční zóny ( andesitická linie) Hot spot Hawaii minimálně 70 milionů let na jednom místě

17 Vulkanické erupce Pompeje, Itálie, erupce Vesuvu 79 n. l. Lidé otráveni jedovatými plyny, pak zasypáni pyroklastickým materiálem IR snímek Vesuvu a Neapolské zátoky. Červená málo zvětralé horniny (posledních 300 let), žlutá a oranžová erupce 79 n. l.

18 Vulkanické erupce Lake Monoun a Lake Nyos, Kamerun smrtelný CO otráveno 37 lidí 1986 otráveno více než lidí

19 Tsunami Velmi dlouhé oceánské vlny generované zemětřesením v blízkosti pobřeží (často označované jako přílivové vlny nemajíspřílivem souvislost). Normální oceánské vlny mají průměrnou délku 100 m, u tsunami může přesahovat 200 km. Rychlost: normální vlny kolem 90 km/h, tsunami až 950 km/h. U pobřeží se výrazně zpomalují: na oceánu zřídka převyšuje amplituda 1 m, u pobřeží rostou na 5 až 10 m (výjimečně až 40 m). Dlouhé trvání a dlouhé intervaly mezi maximy (dlouhá vlnová délka). V posledním století 94 destruktivních tsunami ( mrtvých) Aljaška 1958, způsobeno lavinou odstartovanou zemětřesením (60 m vysoká vlna).

20 Sesuvy svahů Poklesy (zahrnují rotaci) Spadání Skluzy (zahrnují translaci) Sesuvy Toky Bahnotoky (vodou nasycený sediment), soliflukce Granulární toky (směs sedimentu, vzduchu, vody nenasycený vodou), creep (plazení) Podmořské sesuvy turbiditní proudy Horninový ledovec Wrangell Mts., Aljaška. Soliflukce Orgiére Valley, Italské Alpy.

21 Sesuvy Místo rok objem vertikální posun horizont. posun rychlost (mil. m 3 ) (m) (km) (km/h) Huascarán, Peru ,5 400 Ledovec Sherman, Aljaška ,0 185 Mount Rainier, Washington ,9 150 Madison, Wyoming ,6 175 Elm, Švýcarsko ,0 160 Ledovec Clacier, Itálie ,2 > 125 Mt. Huascarán, Peru sesuv vyvolán zemětřesením v květnu 1970, zbytky vesnice Yungay vpravo dole Sesup haldy č. 7 u Aberfanu ve Walesu v říjnu 1966

22 Sesuvy Faktory sklon svahu vrstevný orientovaný tlak vrstevná soudržnost bezpečnostní faktor Problematické materiály Přidávání vody: suchá půda se stane plastickou, při ztrátě vzájemného kontaktu zrn zkapalnění (limit zkapalnění) voda povrchové napětí Expanzivní a hydrokompaktující půdy Obsah smektitů voda výrazně snižuje vrstevnou soudržnost Citlivé půdy Vněkterých půdách jsou jílové minerály uspořádány v podobě pórovité struktury domečku z karet. Stabilizace je zajištěna rozpuštěnými solemi. Zředění způsobí jejich destabilizaci a rychlou ztrátu soudržnosti ( zkapalnění, rychlé jíly ). Některé z jílů jsou schopny obnovit svoji původní strukturu tixotropní jíly (Rissa, Norsko jíly uložené v mělkém oceánu a okraji ledovce; pohyb 20 km/h).

23 Vzásadě vertikální pohyb, nevyžaduje transport materiálu. Krasové oblasti (rozpouštění vápenců), závrty. Podporováno snižováním hladiny podzemní vody. Důsledek důlní činnosti: sůl, ropa, uhlí, plyn. Čerpání vody. Zatížení: Zvláště na málo zpevněných sedimentech. Poklesy Roswell, New Mexico, kras. Pokles ve Winter Park, Orlando, Florida, květen V průběhu 20 hodin narostl do 100 m šířky

24 Poklesy Místo Maximální Ovlivněné území pokles (m) (km 2 ) Pobřežní Londýn 0, Benátky 0, Shanghai 2, Tokyo 4, Osaka 3, San Jose 3, Houston 2, Los Angeles 9,00 50 Vnitřní Mexico City 8, Denver 0, San Joaquin Valley 8, Winter Park, Florida. Poklesy v okolí opuštěného dolu u Sheridanu, Wyoming (těžba ). Patrné jsou opěrné pilíře.

25 Záplavy Příčiny Srážky Pobřežní záplavy (tsunami, hurikány, příliv, lidská činnost) Protržení přehrad Vlivy říční systém přímá meandrující koryta Meandrující řeka u Phnom Penhu, Kambodža Záplavy na úpatí Himalájí, Brahmaputra, Bangladéš

26 Záplavy Průtok (m 3 /s) = průřez (m 2 ) rychlost (m/s) Změny průřezu na řece Coloradu u Less Ferry v průběhu 6 měsíců v roce 1956 Průtokové hydrografy pro určitou událost v různých povodích: (A) přirozený povrch, (B) povrch s protipovodňovými kanály, (C) nepropustný povrch s protipovodňovými kanály

27 Záplavy Předvídání frekvence záplav Je založena na statistickém zhodnocení průtoků vurčitém místě. Každý rok je určen maximální průtok a ty jsou uspořádány sestupně (m = 1, 2, 3 ). Poslední má hodnotu m jako je počet hodnocených let n = m Interval opakování: Weibullova rovnice R = (n + 1) / m, R je průměrný interval mezi dvěma záplavami dané velikosti. Pravděpodobnost výskytu v daném roce: P = m / (n + 1) (roční pravděpodobnost překročení průtoku).

28 Nebezpečí spojená s oceány a počasím Atmosféra: Proudění atmosféry ( motýlový efekt ). Většina událostí v troposféře (10 km). Oceány: Příliv, eroze vlnami, posun pláží.

29 Nebezpečí spojená s oceány a počasím Cyklony: systém nízkého tlaku s kruhovým spirálovým dovnitř směřujícím větrem. Cyklony u Guadeloupských ostrovů 11. června 2000

30 Nebezpečí spojená s oceány a počasím Výjimečné počasí Tornáda: krátkodobé události, m široká s extrémní silou (zvednou 80 t vagon, ledničku dopraví do vzdálenosti 2 km, některé stojí na místě, jiné se pohybují 100 km/h. Vnější části se pohybují až 450 km/h (uvnitř jen 60 % normálního tlaku Tajfuny (západní Pacifik) a hurikány (Karibská oblast a Severní Amerika): stejná struktura jako tornádo, mnohem větší (až 600 km, tok energie vprůběhu jednoho dne odpovídá 400 dvacetimegatunovým vodíkovým bombám). Sucha, písečné bouře, dezertifikace.

31 Nebezpečí spojená s oceány a počasím Sucha, písečné bouře, dezertifikace.

32 Nebezpečí spojená s oceány a počasím Eroze vyzvednutého pobřeží. Tongue Point, Nový Zéland. Většina materiálu je při erozi pobřeží podlehne sesuvům po erozi paty, jen malá část je erodována přímo vlnami. Poškození domů na Fite Island, NY, po erozi pobřeží při vichřici v prosinci 1992.

33 Nebezpečí spojená s oceány a počasím El Niňo Anomální ohřátí povrchových vod ve východním rovníkovém Pacifiku. Spletité propojení oceánských a atmosférických procesů. Normální a anomální proudění.

34 Meteority Pochází z pásu asteroidů kg/rok. Meteority od 100 m do km 1x za milion let. Rychlosti 4 40 km/s 30 m meteorit s rychlostí 30 km/h: 4 milionů tun TNT = Barringer Crater (Meteor Crater) v Arizoně, m vprůměru a 200 m hluboký. Vymírání? Manicouagan Crater, Quebéc, 210 mil. let, km

35 Meteor Crater, Arizona: jednoduchý kráter m Meteority Vymírání druhů vykazuje periodicitu 26 mil. let Upheaval Dome, Canyonlands NP, Utah: komplexní kráter